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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-04-05
(45)【発行日】2024-04-15
(54)【発明の名称】撮像ユニットおよび撮像装置
(51)【国際特許分類】
G03B 17/02 20210101AFI20240408BHJP
G02B 7/02 20210101ALI20240408BHJP
G03B 5/08 20210101ALI20240408BHJP
H04N 23/52 20230101ALI20240408BHJP
H04N 23/57 20230101ALI20240408BHJP
H04N 25/00 20230101ALI20240408BHJP
【ＦＩ】
G03B17/02
G02B7/02 Z
G03B5/08
H04N23/52
H04N23/57
H04N25/00
【請求項の数】
10
(21)【出願番号】P 2020025077
(22)【出願日】2020-02-18
(65)【公開番号】P2021131409
(43)【公開日】2021-09-09
【審査請求日】2023-01-20
(73)【特許権者】
【識別番号】000001007
【氏名又は名称】キヤノン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100110412
【弁理士】
【氏名又は名称】藤元 亮輔
(74)【代理人】
【識別番号】100104628
【弁理士】
【氏名又は名称】水本 敦也
(74)【代理人】
【識別番号】100121614
【弁理士】
【氏名又は名称】平山 倫也
(72)【発明者】
【氏名】浦上 俊史
【審査官】越河 勉
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１２－０３４０７０（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１３／０１９３５４５（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２０１９－１４５９２９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－００５０４７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－１９７７６９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１２－０９５１７７（ＪＰ，Ａ）
【文献】韓国公開特許第１０－２０１２－００４７７７５（ＫＲ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０３Ｂ １７／０２
Ｇ０２Ｂ ７／０２－７／１６
Ｇ０３Ｂ ５／００－５／０８
Ｈ０４Ｎ ２３／５２
Ｈ０４Ｎ ２３／５７
Ｈ０４Ｎ ２５／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
長辺と短辺を有する基板における第１の基板面にセンサチップが実装され、該第１の基板面とは反対側の第２の基板面に複数の電子部品が実装された撮像素子と、開口部が形成され、前記撮像素子を保持する保持部材とを有し、
前記開口部は、前記基板の短辺に平行な内面を有し、
前記保持部材の線膨張係数が、前記基板の線膨張係数より大きく、
前記撮像素子が前記保持部材に対して、前記内面と前記基板の前記第２の基板面における前記複数の電子部品より外側の接着領域とに接触する接着剤により固定されていることを特徴とする撮像ユニット。
【請求項2】
前記接着剤が、前記内面および前記接着領域に連続した線状に接触していることを特徴とする請求項１に記載の撮像ユニット。
【請求項3】
長辺と短辺を有する基板における第１の基板面にセンサチップが実装され、該第１の基板面とは反対側の第２の基板面に複数の電子部品が実装された撮像素子と、
開口部が形成され、前記撮像素子を保持する保持部材とを有し、
前記開口部は、前記基板の短辺に平行な内面を有し、
前記撮像素子が前記保持部材に対して、前記内面と前記基板の前記第２の基板面における前記複数の電子部品より外側の接着領域とに接触する接着剤により固定されており、
前記短辺に平行な方向において、前記内面上での前記接着剤の長さが前記センサチップの長さ以上であることを特徴とする撮像ユニット。
【請求項4】
長辺と短辺を有する基板における第１の基板面にセンサチップが実装され、該第１の基板面とは反対側の第２の基板面に複数の電子部品が実装された撮像素子と、
開口部が形成され、前記撮像素子を保持する保持部材とを有し、
前記開口部は、前記基板の短辺に平行な内面を有し、
前記撮像素子が前記保持部材に対して、前記内面と前記基板の前記第２の基板面における前記複数の電子部品より外側の接着領域とに接触する接着剤により固定され、
前記第２の基板面の前記接着領域に、凹凸形状が設けられていることを特徴とする撮像ユニット。
【請求項5】
長辺と短辺を有する基板における第１の基板面にセンサチップが実装され、該第１の基板面とは反対側の第２の基板面に複数の電子部品が実装された撮像素子と、
開口部が形成され、前記撮像素子を保持する保持部材とを有し、
前記開口部は、前記基板の短辺に平行な内面を有し、
前記撮像素子が前記保持部材に対して、前記内面と前記基板の前記第２の基板面における前記複数の電子部品より外側の接着領域とに接触する接着剤により固定され、
前記第２の基板面の前記接着領域に、金属部が設けられていることを特徴とする撮像ユニット。
【請求項6】
長辺と短辺を有する基板における第１の基板面にセンサチップが実装され、該第１の基板面とは反対側の第２の基板面に複数の電子部品が実装された撮像素子と、
開口部が形成され、前記撮像素子を保持する保持部材とを有し、
前記開口部は、前記基板の短辺に平行な内面を有し、
前記撮像素子が前記保持部材に対して、前記内面と前記基板の前記第２の基板面における前記複数の電子部品より外側の接着領域とに接触する接着剤により固定され、
前記開口部の前記内面が、該開口部の開口方向に対して傾いたテーパ面であることを特徴とする撮像ユニット。
【請求項7】
前記基板の前記第１の基板面における前記センサチップの外周と前記保持部材の基板側の面における前記基板の外周とに接着され、前記センサチップを覆うカバー部材を支持する枠部材を有することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の撮像ユニット。
【請求項8】
前記保持部材を支持する部材が、前記短辺に平行な方向における前記基板の一方の長辺より外側の少なくとも１か所と他方の長辺より外側の少なくとも１か所を含む３か所に配置されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の撮像ユニット。
【請求項9】
前記保持部材を、前記長辺および前記短辺に平行な面内で移動させるアクチュエータを有することを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の撮像ユニット。
【請求項10】
請求項１から９のいずれか一項に記載の撮像ユニットと、該撮像ユニットを保持する本体とを有することを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、デジタルカメラや携帯端末等の撮像装置に好適な撮像ユニットに関する。
【背景技術】
【0002】
撮像装置には、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の撮像素子を保持部材に接着により固定して撮像ユニットを形成し、該撮像ユニットを撮像装置の本体に固定するものがある。特許文献１には、保持部材（固定部材）に設けられた開口部に接着剤を流し込むことで、該開口部を覆うように配置された撮像素子を保持部材に固定する構造が開示されている。
一方、撮像素子として、セラミックパッケージに設けられた凹部（キャビティ）内にシリコン基板等からなるセンサチップを実装する従来タイプのものに加えて、特許文献２に開示されているようにガラスエポキシ等で形成されたプリント基板上にセンサチップを直接実装する、いわゆるパッケージレス構造のものが用いられるようになっている。
一方、撮像素子として、セラミックパッケージに設けられた凹部（キャビティ）内にシリコン基板等からなるセンサチップを実装する従来タイプのものに加えて、特許文献２に開示されているようにガラスエポキシ等で形成されたプリント基板上にセンサチップを直接実装する、いわゆるパッケージレス構造のものが用いられるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２００７－２２７６７３号公報
【文献】特開２０１５－０１２２１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、パッケージレス構造の撮像素子を保持部材に接着する場合、プリント基板の線膨張係数がセラミックのそれよりも大きく、またプリント基板の剛性がセラミックのそれよりも低いために、温度変化による撮像素子のピント方向（光軸方向）での変形量が大きくなり易い。しかも、プリント基板上にはセンサチップを駆動するための様々な回路素子が実装されているため、保持部材によるプリント基板の接着保持強度を確保するために接着領域を増やすことが困難である。
本発明は、パッケージレス構造の撮像素子と保持部材との十分な接着保持強度を確保しつつ、温度変化による撮像素子のピント方向での変形を抑制することができるようにした撮像ユニットを提供する。
本発明は、パッケージレス構造の撮像素子と保持部材との十分な接着保持強度を確保しつつ、温度変化による撮像素子のピント方向での変形を抑制することができるようにした撮像ユニットを提供する。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明の一側面としての撮像ユニットは、長辺と短辺を有する基板における第１の基板面にセンサチップが実装され、該第１の基板面とは反対側の第２の基板面に複数の電子部品が実装された撮像素子と、開口部が形成され、撮像素子を保持する保持部材とを有する。開口部は基板の短辺に平行な内面を有し、保持部材の線膨張係数が、基板の線膨張係数より大きく、撮像素子が保持部材に対して、上記内面と基板の第２の基板面における複数の電子部品より外側の接着領域とに接触する接着剤により固定されていることを特徴とする。なお、上記撮像ユニットを備えた各種撮像装置も、本発明の他の一側面を構成する。
【発明の効果】
【0006】
本発明によれば、パッケージレス構造の撮像素子と保持部材との十分な接着保持強度を確保しつつ、温度変化による撮像素子のピント方向での変形を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】本発明の実施例１であるカメラにおけるマウント部、本体ベースおよび撮像ユニットを示す分解斜視図。
【図2】上記撮像ユニットの分解斜視図。
【図3】上記撮像ユニットの背面図。
【図5】実施例１におけるシフトホルダの支持位置と撮像基板との関係を示す図。
【図6】実施例１におけるシフトホルダと撮像基板の熱歪みを示す図。
【図7】上記撮像ユニットの別の背面図。
【図8】本発明の実施例２における撮像ユニットを示す断面図。
【図9】本発明の実施例３における撮像ユニットを示す断面図。
【図10】本発明の実施例４における撮像ユニットを示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【実施例1】
【0009】
図１は、本発明の実施例１である撮像ユニット４００を備えた撮像装置としてのレンズ交換型カメラ（以下、単にカメラという）１００の一部を分解して示している。図１は、撮像ユニット４００、マウント部２０とおよび本体ベース３０を示している。また図２は、撮像ユニット４００を分解して示している。図１および図２において、一点鎖線はレンズユニットから撮像ユニット４００に至る光軸を示す。
マウント部２０には、不図示のレンズユニットを着脱可能に装着することができる。本体ベース３０はカメラ１００の筐体であり、該本体ベース３０にカメラ１００の様々な構成部品が取り付けられる。本体ベース３０の前面（被写体側の面）にはマウント部２０が取り付けられる。また本体ベース３０の後部（撮像素子側）には撮像ユニット４００が取り付けられる。さらに本体ベース３０には、カメラ１００の不図示の外装カバー、シャッタユニットおよび電気基板等も取り付けられる。
撮像ユニット４００は、撮像素子４３０を有する。撮像素子４３０は、ＣＭＯＳセンサやＣＣＤセンサ等を用いたイメージセンサであり、レンズユニットにより形成された光学像としての被写体像を撮像（光電変換）して画像信号を出力する。撮像ユニット４００は、マウント部２０におけるレンズユニットの取付け基準面であるマウント面から撮像素子４３０の撮像面までの距離が所定距離となり、かつマウント面と撮像面が平行となるように、調整バネ５０を挟んで本体ベース３０にビスにより固定される。
図２を用いて、撮像ユニット４００の構成をさらに詳しく説明する。図２では、光軸をＺ軸とし、＋Ｚ方向を前側とする。また、Ｚ軸に直交する水平軸をＸ軸とし、Ｚ軸とＸ軸に直交する垂直軸をＹ軸とする。撮像ユニット４００は、Ｘ軸が延びるＸ方向、Ｙ軸が延びるＹ方向およびＺ軸回り方向の像振れを抑制するために、撮像素子４３０をＸ方向およびＹ方向に移動（シフト）させ、Ｚ軸回り方向に回転（ロール）させることが可能である。
撮像素子４３０の前面（撮像面）には、光学ローパスフィルタ４１０が貼り付けられる。光学ローパスフィルタ４１０は、１枚の水晶からなる矩形の複屈折板である。
マウント部２０には、不図示のレンズユニットを着脱可能に装着することができる。本体ベース３０はカメラ１００の筐体であり、該本体ベース３０にカメラ１００の様々な構成部品が取り付けられる。本体ベース３０の前面（被写体側の面）にはマウント部２０が取り付けられる。また本体ベース３０の後部（撮像素子側）には撮像ユニット４００が取り付けられる。さらに本体ベース３０には、カメラ１００の不図示の外装カバー、シャッタユニットおよび電気基板等も取り付けられる。
撮像ユニット４００は、撮像素子４３０を有する。撮像素子４３０は、ＣＭＯＳセンサやＣＣＤセンサ等を用いたイメージセンサであり、レンズユニットにより形成された光学像としての被写体像を撮像（光電変換）して画像信号を出力する。撮像ユニット４００は、マウント部２０におけるレンズユニットの取付け基準面であるマウント面から撮像素子４３０の撮像面までの距離が所定距離となり、かつマウント面と撮像面が平行となるように、調整バネ５０を挟んで本体ベース３０にビスにより固定される。
図２を用いて、撮像ユニット４００の構成をさらに詳しく説明する。図２では、光軸をＺ軸とし、＋Ｚ方向を前側とする。また、Ｚ軸に直交する水平軸をＸ軸とし、Ｚ軸とＸ軸に直交する垂直軸をＹ軸とする。撮像ユニット４００は、Ｘ軸が延びるＸ方向、Ｙ軸が延びるＹ方向およびＺ軸回り方向の像振れを抑制するために、撮像素子４３０をＸ方向およびＹ方向に移動（シフト）させ、Ｚ軸回り方向に回転（ロール）させることが可能である。
撮像素子４３０の前面（撮像面）には、光学ローパスフィルタ４１０が貼り付けられる。光学ローパスフィルタ４１０は、１枚の水晶からなる矩形の複屈折板である。
【0010】
撮像素子４３０の後側に配置された保持部材としてのシフトホルダ４２０は、開口部４２１を有し、該開口部４２１の前面を覆うように配置された撮像素子４３０を保持する。シフトホルダ４２０は、シフトベース４４０に対してＸ方向およびＹ方向にシフト可能に、かつＺ軸回り方向にロール可能に支持される。撮像素子４３０は、シフトホルダ４２０の開口部４２１の左右において接着により固定される。撮像素子４３０とシフトホルダ４２０は、可動部を構成する。
シフトベース４４０は、シフトホルダ４２０の後側に配置され、後述するフロントベース４５０とともに撮像ユニット４００のベース部材を構成する。フロントベース４５０は、シフトホルダ４２０および撮像素子４３０の前側に配置され、前側から見てＬ字形状を有する部材であり、シフトベース４４０に一体に結合されている。シフトベース４４０とフロントベース４５０は、鉄等の軟磁性体で形成されている。シフトベース４４０は、前述した本体ベース３０に調整バネ５０を介してビスにより固定される。
シフトベース４４０は、シフトホルダ４２０の後側に配置され、後述するフロントベース４５０とともに撮像ユニット４００のベース部材を構成する。フロントベース４５０は、シフトホルダ４２０および撮像素子４３０の前側に配置され、前側から見てＬ字形状を有する部材であり、シフトベース４４０に一体に結合されている。シフトベース４４０とフロントベース４５０は、鉄等の軟磁性体で形成されている。シフトベース４４０は、前述した本体ベース３０に調整バネ５０を介してビスにより固定される。
【0011】
Ｘ駆動コイル４６０ａとＹ駆動コイル４６０ｂ，４６０ｃは、不図示のフレキシブル基板に半田付けされてシフトホルダ４２０に接着により固定される。Ｘ駆動コイル４６０ａは前側から見て撮像素子４３０の右側に配置され、Ｙ駆動コイル４６０ｂ，４６０ｃは撮像素子４３０の下側において光軸を通るＹＺ面に関して対称に配置されている。
【0012】
Ｘ磁石４７０ａとＹ磁石４７０ｂ，４７０ｃは、シフトベース４４０に接着により固定されている。Ｘ磁石４７０ａはＸ方向に並んだＮ極とＳ極を有する永久磁石であり、Ｙ磁石４７０ｂ，４７０ｃはＹ方向に並んだＮ極とＳ極を有する永久磁石である。これら磁石４７０ａ，４７０ｂ，４７０ｃはそれぞれ、駆動コイル４６０ａ，４６０ｂ，４６０ｃに対向するように配置される。
【0013】
複数（本実施例では３つ）の転動部材としてのボール４９０は、シフトホルダ４２０とシフトベース４４０との間に配置され、シフトベース４４０に設けられたボール保持穴部４４１ａ，４４１ｂ，４４１ｃにより保持され、シフトホルダ４２０に設けられたボール受け面４２２ａ，４２２ｂ，４２２ｃに当接している。シフトホルダ４２０は不図示の磁気吸引部材または弾性部材によってシフトベース４４０に向けて付勢される。これにより、シフトホルダ４２０とシフトベース４４０は、それらの間に各ボール４９０を加圧状態で挟持することとなり、撮像素子４３０を保持したシフトホルダ４２０のシフトベース４４０に対する光軸方向での位置決め（支持）がなされる。また各ボール４９０は、シフトホルダ４２０がシフトベース４４０に対してシフトおよびロールする際に転動してシフトホルダ４２０の移動抵抗を低減する。
Ｘ駆動コイル４６０ａとＹ駆動コイル４６０ｂ，４６０ｃは、Ｘ磁石４７０ａとＹ磁石４７０ｂ，４７０ｃとともに、シフトホルダ４２０をＸＹ面内で移動させる電磁アクチュエータを構成する。各コイルに電流が流れるとローレンツ力が発生し、該ローレンツ力によってシフトホルダ４２０を移動させることができる。各コイルへの通電量を制御することにより、シフトホルダ４２０をＸ方向およびＹ方向にシフト駆動したりＺ軸回りでロール駆動したりすることができる。カメラ１００に加わった振れに応じて、その振れの方向とは逆方向に撮像素子４３０をシフトまたはロールさせるように各コイルへの通電量を制御することで、像振れを低減することができる。
図３および図４を用いて、撮像素子４３０の構成について説明する。図３は、後側から見たシフトホルダ４２０および撮像素子４３０を示している。なお、図３では、駆動コイル４６０ａ，４６０ｂ，４６０ｃの図示を省略している。図４は、シフトホルダ４２０および撮像素子４３０を図３におけるＡ－Ａ線で切断したときの断面を示している。
図４に示すように、撮像素子４３０は、撮像基板４３２の前面（第１の基板面）上にＣＭＯＳイメージセンサ等のセンサチップ４３１を直接実装したパッケージレス構造を有する。センサチップ４３１は、シリコン基板上に形成された半導体チップであり、入射した光に応じて画像信号を出力する。矩形のセンサチップ４３１は、Ｘ方向に平行な長辺とＹ方向に平行な短辺を有する。
撮像基板４３２は、ガラスエポキシ等で形成された矩形のプリント基板であり、センサチップ４３１と金線等を用いたワイヤボンディング配線によって電気的に接続されている。撮像基板４３２は、シフトホルダ４２０の開口部４２１の前面を覆うように配置され、開口部４２１の左辺および右辺の内面と撮像基板４３２においてセンサチップ４３１が実装された前面とは反対側の背面（第２の基板面）とに塗布された接着剤５００によりシフトホルダ４２０に固定される。この撮像基板４３２のシフトホルダ４２０に対する接着固定方法については後に詳細に説明する。
撮像基板４３２の背面には、センサチップ４３１を動作させるための様々な電子部品（コンデンサ、抵抗、コイル、レギュレータ、ＩＣチップ等）４３３が実装されている。シフトホルダ４２０の前面における撮像基板４３２の外周の部分と撮像基板４３２の前面（撮像基板側の面）におけるセンサチップ４３１の外周の部分には、矩形の枠部材４３５が接着により固定されている。また、枠部材４３５の前端面にはセンサチップ４３１を覆う矩形のカバーガラス（カバー部材）４３４が接着により固定されている。枠部材４３５とこれにより支持されるカバーガラス４３４とによってセンサチップ４３１が封止され、センサチップ４３１が保護される。枠部材４３５は、樹脂材料により形成されてもよいし、セラミック材料や金属材料により形成されてもよい。
以下、撮像基板４３２のシフトホルダ４２０に対する接着固定方法について説明する。撮像基板４３２の後側に配置されたシフトホルダ４２０の開口部４２１は、撮像基板４３２の背面上の電子部品４３３の実装スペースを確保するために、センサチップ４３１の外寸より広い内寸を有する。開口部４２１の左辺と右辺はそれぞれセンサチップ４３１および撮像基板４３２の左右の短辺と平行であり、開口部４２１の上辺と下辺はセンサチップ４３１および撮像基板４３２の長辺と平行である。
前述したように撮像素子４３０は、マウント部２０のマウント面から所定距離の位置に配置される。マウント部２０と撮像素子４３０の間には、光学ローパスフィルタ４１０や不図示のシャッタユニット等が配置されるため、さらにここにシフトホルダ４２０を配置することは困難である。一方、撮像素子４３０の後側はシフトホルダ４２０の配置に対する制約が少ない。このため、シフトホルダ４２０を撮像素子４３０の後側に配置することで、カメラ１００内のＺ方向のスペースを有効に使うことができる。
こうして撮像素子４３０の後側に配置されたシフトホルダ４２０の開口部４２１の左辺と右辺の内面に、撮像基板４３２の短辺に平行に接着剤５００が連続した線状に塗布される。接着剤５００は、開口部４２１の左辺と右辺の内面と撮像基板４３２の背面のうち電子部品４３３より外側の接着領域（接着しろ）に接触した状態で硬化する。これにより、撮像基板４３２（つまりは撮像素子４３０）がシフトホルダ４２０に接着固定される。接着剤５００としては、光硬化型のアクリル系接着剤やエポキシ系の紫外線硬化型接着剤等を用いることができる。
図４に示す接着剤５００の上下方向での塗布長さＬａは、撮像素子４３０がカメラの落下衝撃により脱落することがない接着強度を確保する必要があるため、十分に長いことが望ましい。したがって、接着剤５００を、開口部４２１の左右の辺の上下長さの範囲内でできるだけ長く連続した線状に塗布することが望ましい。具体的には、開口部４２１の左右の辺の内面上にセンサチップ４３１の短辺の長さＬｓ以上の長さで接着剤５００を塗布することが望ましい。つまり、
接着剤５００の塗布長さＬａ≧センサチップ４３１の短辺長さＬｓ
とすることが望ましい。
ただし、十分な接着強度を確保できるのであれば、接着剤５００を開口部４２１の左右の辺の内面に不連続（スポット状）に塗布してもよい。この場合も、スポット状に接着剤５００を塗布した合計の長さを、センサチップ４３１の短辺の長さＬｓ以上の長さとすることが望ましい。
図４に示すように、接着剤５００はシフトホルダ４２０の開口部４２１と撮像基板４３２とにまたがって塗布されている。なお、撮像基板４３２ではなく、撮像基板４３２の外周に配置された枠部材４３５の後端面とシフトホルダ４２０とを接着してもよいが、枠部材４３５の後端面における接着面積を確保するために枠部材４３５を撮像基板４３２よりもかなり大きくする必要があり、この結果、撮像素子４３０が大きくなる。またシフトホルダ４２０の開口部４２１の大きさも撮像基板４３２より大きくする必要があり、この結果、シフトホルダ４２０が大きくなる。したがって、撮像素子４３０およびシフトホルダ４２０の小型化のためには、シフトホルダ４２０と撮像基板４３２とを接着することが望ましい。
ここで、開口部４２１の左辺と右辺を用いて撮像素子４３０を接着するメリットについて説明する。前述したように、シフトホルダ４２０は３つのボール４９０に当接することで光軸方向にて支持されている。図３に示すように、シフトホルダ４２０のうち３つのボール４９０と当接するボール受け面４２２ａ，４２２ｂ，４２２ｃはいずれも、撮像素子４３０の短辺に平行なＹ方向においては撮像基板４３２の上下の辺よりも外側にある。一方、撮像素子４３０の長辺に平行なＸ方向においては撮像基板４３２の左右の辺に対して２か所（４２２ａ，４２２ｂ）は外側で、１か所（４２２ｃ）は内側にある。
これらの３か所のボール受け面４２２ａ，４２２ｂ，４２２ｃの位置（以下、支持位置という）は以下の３つの条件を満たすように設定すればよい。第１に、シフトホルダ４２０の光軸方向での支持安定性を高めるために、支持位置を結んだ三角形の重心と撮像素子４３０の重心（撮像基板４３２の重心と同位置とみなしてよい）とはできるだけ近づける。第２に、同様に支持安定性を高めるために、支持位置を結んだ三角形を正三角形にできるだけ近づける。そして第３に、撮像基板４３２の左右の辺が上下の辺より短いため、撮像基板４３２の上下の辺の外側に１つずつ支持位置を設けてカメラ１００内でのレイアウト効率を上げる。このため、支持位置を撮像基板４３２の上辺の外側と撮像基板４３２の下辺の外側のそれぞれに少なくとも１か所設け、１か所が残っていればそれを上記３つの条件を満たす位置を設けることが望ましい。
図５（ａ）～（ｃ）は、上記３つの条件を満たす図３に示した３か所の支持位置とは異なる３か所の支持位置の例を示している。これらの図は撮像基板４３２と３か所の支持位置４９１ａ，４９１ｂ，４９１ｃを模式的に示している。いずれの例においても、支持位置４９１ａ～４９１ｃは、撮像基板４３２の上辺（一方の長辺）の外側に少なくとも１か所、下辺（他方の長辺）の外側に少なくとも１か所設けられている。
次に、図６を用いて、撮像素子４３０の温度変化による熱歪みについて説明する。撮像素子４３０のセンサチップ４３１のＺ方向（ピント方向）での位置精度は非常に重要であり、カメラ１００が動作保障されている環境温度での熱歪みによる撮像素子４３０の変形を低減する必要がある。
シフトホルダ４２０は、金属材料であるマグネシウム、アルミニウムまたはステンレス等により形成される。一方、シフトホルダ４２０に接着固定された撮像基板４３２は、前述したようにガラスエポキシ等により形成されている。これらの線膨張係数を比較すると、シフトホルダ４２０の方が数倍大きい。このため、カメラ１００を高温下あるいは低温下に置くと、それらの線膨張係数の差によって熱歪みが発生し、図６に破線で示すように撮像基板４３２がセンサチップ４３１とともにピント方向の反りが発生する。図６は、シフトホルダ４２０、撮像基板４３２、センサチップ４３１および接着剤５００のみを模式的に示しており、カメラ１００の環境温度を常温（約２３℃）から低温（約－１０℃～－２０℃）に推移させたときに撮像基板４３２が＋Ｚ方向に凸になるように変形量δだけ反った状態を示している。
ここで、シフトホルダ４２０の開口部４２１の左辺と右辺において接着剤５００で撮像素子４３０を固定した場合における特定環境温度下での撮像基板４３２の変形量δをδ１とする。また、図７に示すように開口部４２１の上辺と下辺において接着剤５００′で撮像素子４３０を固定した場合における上記特定環境温度下での撮像基板４３２の変形量δをδ２とする。上述したように撮像素子４３０（撮像基板４３２）がシフトホルダ４２０の前側に配置され、シフトホルダ４２０における３か所の支持位置の条件および線膨張係数がシフトホルダ４２０の方が撮像基板４３２より大きいことを考慮すると、変形量δは、
δ１＜δ２
となることが実験的にも解析的にも確かめられている。
変形量δには支持位置が大きく関与しており、仮に３か所の支持位置を撮像基板４３２の上辺と下辺の内側にすることができるならば、変形量δは、
δ１＞δ２
となる。つまり、開口部４２１の左辺と右辺にて撮像基板４３２を接着固定するよりも、上辺と下辺にて撮像基板４３２を接着固定した方が変形量δが少なくなる。したがって、本実施例のように３か所の支持位置が撮像基板４３２の上辺と下辺の外側にある場合は、シフトホルダ４２０の開口部４２１の左辺と右辺にて撮像基板４３２を接着固定した方が変形量δを小さくすることができ、好ましい。
なお、開口部４２１の左辺と右辺で撮像基板４３２を接着固定する場合の熱歪みによる変形量を超えないのであれば、開口部４２１の上辺と下辺で撮像基板４３２を接着固定してもよいし、この場合にスポット的な接着を行ってもよい。撮像素子４３０をシフトホルダ４２０に対してＸＹ面内で位置調整し、まず撮像素子４３０の位置がずれない程度の弱い仮接着として開口部４２１の上辺と下辺にスポット的に撮像基板４３２を接着する。その後、必要な接着強度を確保するために開口部４２１の左辺と右辺にて撮像基板４３２を接着するようにしてもよい。
以上説明したように、本実施例によれば、パッケージレス構造の撮像素子４３０とシフトホルダ４２０との十分な接着保持強度を確保しつつ、温度変化による撮像素子４３０のピント方向での変形を抑制することができる。
Ｘ駆動コイル４６０ａとＹ駆動コイル４６０ｂ，４６０ｃは、Ｘ磁石４７０ａとＹ磁石４７０ｂ，４７０ｃとともに、シフトホルダ４２０をＸＹ面内で移動させる電磁アクチュエータを構成する。各コイルに電流が流れるとローレンツ力が発生し、該ローレンツ力によってシフトホルダ４２０を移動させることができる。各コイルへの通電量を制御することにより、シフトホルダ４２０をＸ方向およびＹ方向にシフト駆動したりＺ軸回りでロール駆動したりすることができる。カメラ１００に加わった振れに応じて、その振れの方向とは逆方向に撮像素子４３０をシフトまたはロールさせるように各コイルへの通電量を制御することで、像振れを低減することができる。
図３および図４を用いて、撮像素子４３０の構成について説明する。図３は、後側から見たシフトホルダ４２０および撮像素子４３０を示している。なお、図３では、駆動コイル４６０ａ，４６０ｂ，４６０ｃの図示を省略している。図４は、シフトホルダ４２０および撮像素子４３０を図３におけるＡ－Ａ線で切断したときの断面を示している。
図４に示すように、撮像素子４３０は、撮像基板４３２の前面（第１の基板面）上にＣＭＯＳイメージセンサ等のセンサチップ４３１を直接実装したパッケージレス構造を有する。センサチップ４３１は、シリコン基板上に形成された半導体チップであり、入射した光に応じて画像信号を出力する。矩形のセンサチップ４３１は、Ｘ方向に平行な長辺とＹ方向に平行な短辺を有する。
撮像基板４３２は、ガラスエポキシ等で形成された矩形のプリント基板であり、センサチップ４３１と金線等を用いたワイヤボンディング配線によって電気的に接続されている。撮像基板４３２は、シフトホルダ４２０の開口部４２１の前面を覆うように配置され、開口部４２１の左辺および右辺の内面と撮像基板４３２においてセンサチップ４３１が実装された前面とは反対側の背面（第２の基板面）とに塗布された接着剤５００によりシフトホルダ４２０に固定される。この撮像基板４３２のシフトホルダ４２０に対する接着固定方法については後に詳細に説明する。
撮像基板４３２の背面には、センサチップ４３１を動作させるための様々な電子部品（コンデンサ、抵抗、コイル、レギュレータ、ＩＣチップ等）４３３が実装されている。シフトホルダ４２０の前面における撮像基板４３２の外周の部分と撮像基板４３２の前面（撮像基板側の面）におけるセンサチップ４３１の外周の部分には、矩形の枠部材４３５が接着により固定されている。また、枠部材４３５の前端面にはセンサチップ４３１を覆う矩形のカバーガラス（カバー部材）４３４が接着により固定されている。枠部材４３５とこれにより支持されるカバーガラス４３４とによってセンサチップ４３１が封止され、センサチップ４３１が保護される。枠部材４３５は、樹脂材料により形成されてもよいし、セラミック材料や金属材料により形成されてもよい。
以下、撮像基板４３２のシフトホルダ４２０に対する接着固定方法について説明する。撮像基板４３２の後側に配置されたシフトホルダ４２０の開口部４２１は、撮像基板４３２の背面上の電子部品４３３の実装スペースを確保するために、センサチップ４３１の外寸より広い内寸を有する。開口部４２１の左辺と右辺はそれぞれセンサチップ４３１および撮像基板４３２の左右の短辺と平行であり、開口部４２１の上辺と下辺はセンサチップ４３１および撮像基板４３２の長辺と平行である。
前述したように撮像素子４３０は、マウント部２０のマウント面から所定距離の位置に配置される。マウント部２０と撮像素子４３０の間には、光学ローパスフィルタ４１０や不図示のシャッタユニット等が配置されるため、さらにここにシフトホルダ４２０を配置することは困難である。一方、撮像素子４３０の後側はシフトホルダ４２０の配置に対する制約が少ない。このため、シフトホルダ４２０を撮像素子４３０の後側に配置することで、カメラ１００内のＺ方向のスペースを有効に使うことができる。
こうして撮像素子４３０の後側に配置されたシフトホルダ４２０の開口部４２１の左辺と右辺の内面に、撮像基板４３２の短辺に平行に接着剤５００が連続した線状に塗布される。接着剤５００は、開口部４２１の左辺と右辺の内面と撮像基板４３２の背面のうち電子部品４３３より外側の接着領域（接着しろ）に接触した状態で硬化する。これにより、撮像基板４３２（つまりは撮像素子４３０）がシフトホルダ４２０に接着固定される。接着剤５００としては、光硬化型のアクリル系接着剤やエポキシ系の紫外線硬化型接着剤等を用いることができる。
図４に示す接着剤５００の上下方向での塗布長さＬａは、撮像素子４３０がカメラの落下衝撃により脱落することがない接着強度を確保する必要があるため、十分に長いことが望ましい。したがって、接着剤５００を、開口部４２１の左右の辺の上下長さの範囲内でできるだけ長く連続した線状に塗布することが望ましい。具体的には、開口部４２１の左右の辺の内面上にセンサチップ４３１の短辺の長さＬｓ以上の長さで接着剤５００を塗布することが望ましい。つまり、
接着剤５００の塗布長さＬａ≧センサチップ４３１の短辺長さＬｓ
とすることが望ましい。
ただし、十分な接着強度を確保できるのであれば、接着剤５００を開口部４２１の左右の辺の内面に不連続（スポット状）に塗布してもよい。この場合も、スポット状に接着剤５００を塗布した合計の長さを、センサチップ４３１の短辺の長さＬｓ以上の長さとすることが望ましい。
図４に示すように、接着剤５００はシフトホルダ４２０の開口部４２１と撮像基板４３２とにまたがって塗布されている。なお、撮像基板４３２ではなく、撮像基板４３２の外周に配置された枠部材４３５の後端面とシフトホルダ４２０とを接着してもよいが、枠部材４３５の後端面における接着面積を確保するために枠部材４３５を撮像基板４３２よりもかなり大きくする必要があり、この結果、撮像素子４３０が大きくなる。またシフトホルダ４２０の開口部４２１の大きさも撮像基板４３２より大きくする必要があり、この結果、シフトホルダ４２０が大きくなる。したがって、撮像素子４３０およびシフトホルダ４２０の小型化のためには、シフトホルダ４２０と撮像基板４３２とを接着することが望ましい。
ここで、開口部４２１の左辺と右辺を用いて撮像素子４３０を接着するメリットについて説明する。前述したように、シフトホルダ４２０は３つのボール４９０に当接することで光軸方向にて支持されている。図３に示すように、シフトホルダ４２０のうち３つのボール４９０と当接するボール受け面４２２ａ，４２２ｂ，４２２ｃはいずれも、撮像素子４３０の短辺に平行なＹ方向においては撮像基板４３２の上下の辺よりも外側にある。一方、撮像素子４３０の長辺に平行なＸ方向においては撮像基板４３２の左右の辺に対して２か所（４２２ａ，４２２ｂ）は外側で、１か所（４２２ｃ）は内側にある。
これらの３か所のボール受け面４２２ａ，４２２ｂ，４２２ｃの位置（以下、支持位置という）は以下の３つの条件を満たすように設定すればよい。第１に、シフトホルダ４２０の光軸方向での支持安定性を高めるために、支持位置を結んだ三角形の重心と撮像素子４３０の重心（撮像基板４３２の重心と同位置とみなしてよい）とはできるだけ近づける。第２に、同様に支持安定性を高めるために、支持位置を結んだ三角形を正三角形にできるだけ近づける。そして第３に、撮像基板４３２の左右の辺が上下の辺より短いため、撮像基板４３２の上下の辺の外側に１つずつ支持位置を設けてカメラ１００内でのレイアウト効率を上げる。このため、支持位置を撮像基板４３２の上辺の外側と撮像基板４３２の下辺の外側のそれぞれに少なくとも１か所設け、１か所が残っていればそれを上記３つの条件を満たす位置を設けることが望ましい。
図５（ａ）～（ｃ）は、上記３つの条件を満たす図３に示した３か所の支持位置とは異なる３か所の支持位置の例を示している。これらの図は撮像基板４３２と３か所の支持位置４９１ａ，４９１ｂ，４９１ｃを模式的に示している。いずれの例においても、支持位置４９１ａ～４９１ｃは、撮像基板４３２の上辺（一方の長辺）の外側に少なくとも１か所、下辺（他方の長辺）の外側に少なくとも１か所設けられている。
次に、図６を用いて、撮像素子４３０の温度変化による熱歪みについて説明する。撮像素子４３０のセンサチップ４３１のＺ方向（ピント方向）での位置精度は非常に重要であり、カメラ１００が動作保障されている環境温度での熱歪みによる撮像素子４３０の変形を低減する必要がある。
シフトホルダ４２０は、金属材料であるマグネシウム、アルミニウムまたはステンレス等により形成される。一方、シフトホルダ４２０に接着固定された撮像基板４３２は、前述したようにガラスエポキシ等により形成されている。これらの線膨張係数を比較すると、シフトホルダ４２０の方が数倍大きい。このため、カメラ１００を高温下あるいは低温下に置くと、それらの線膨張係数の差によって熱歪みが発生し、図６に破線で示すように撮像基板４３２がセンサチップ４３１とともにピント方向の反りが発生する。図６は、シフトホルダ４２０、撮像基板４３２、センサチップ４３１および接着剤５００のみを模式的に示しており、カメラ１００の環境温度を常温（約２３℃）から低温（約－１０℃～－２０℃）に推移させたときに撮像基板４３２が＋Ｚ方向に凸になるように変形量δだけ反った状態を示している。
ここで、シフトホルダ４２０の開口部４２１の左辺と右辺において接着剤５００で撮像素子４３０を固定した場合における特定環境温度下での撮像基板４３２の変形量δをδ１とする。また、図７に示すように開口部４２１の上辺と下辺において接着剤５００′で撮像素子４３０を固定した場合における上記特定環境温度下での撮像基板４３２の変形量δをδ２とする。上述したように撮像素子４３０（撮像基板４３２）がシフトホルダ４２０の前側に配置され、シフトホルダ４２０における３か所の支持位置の条件および線膨張係数がシフトホルダ４２０の方が撮像基板４３２より大きいことを考慮すると、変形量δは、
δ１＜δ２
となることが実験的にも解析的にも確かめられている。
変形量δには支持位置が大きく関与しており、仮に３か所の支持位置を撮像基板４３２の上辺と下辺の内側にすることができるならば、変形量δは、
δ１＞δ２
となる。つまり、開口部４２１の左辺と右辺にて撮像基板４３２を接着固定するよりも、上辺と下辺にて撮像基板４３２を接着固定した方が変形量δが少なくなる。したがって、本実施例のように３か所の支持位置が撮像基板４３２の上辺と下辺の外側にある場合は、シフトホルダ４２０の開口部４２１の左辺と右辺にて撮像基板４３２を接着固定した方が変形量δを小さくすることができ、好ましい。
なお、開口部４２１の左辺と右辺で撮像基板４３２を接着固定する場合の熱歪みによる変形量を超えないのであれば、開口部４２１の上辺と下辺で撮像基板４３２を接着固定してもよいし、この場合にスポット的な接着を行ってもよい。撮像素子４３０をシフトホルダ４２０に対してＸＹ面内で位置調整し、まず撮像素子４３０の位置がずれない程度の弱い仮接着として開口部４２１の上辺と下辺にスポット的に撮像基板４３２を接着する。その後、必要な接着強度を確保するために開口部４２１の左辺と右辺にて撮像基板４３２を接着するようにしてもよい。
以上説明したように、本実施例によれば、パッケージレス構造の撮像素子４３０とシフトホルダ４２０との十分な接着保持強度を確保しつつ、温度変化による撮像素子４３０のピント方向での変形を抑制することができる。
【実施例2】
【0014】
図８を用いて、本発明の実施例２としての撮像素子４３０とシフトホルダ４２０の接着固定方法について説明する。図８は、図４と同様にシフトホルダ４２０および撮像素子４３０の断面を示している。
本実施例では、撮像基板４３２の背面のうち接着剤５００が接触する領域に凹凸部４３６を設けている。凹凸部の形状はどのような形状であってもよく、例えばディンプル状の凹凸形状であってもよいし、表面を粗くした微小な凹凸形状であってもよい。凹凸部４３６を設けることにより、撮像基板４３２の背面と接着剤５００との接触面積を増やすことができ、接着強度をより高めることができる。
なお、同様の凹凸部を枠部材４３５の後端面に設けて、枠部材４３５とシフトホルダ４２０の接着強度をより高めてもよい。
本実施例では、撮像基板４３２の背面のうち接着剤５００が接触する領域に凹凸部４３６を設けている。凹凸部の形状はどのような形状であってもよく、例えばディンプル状の凹凸形状であってもよいし、表面を粗くした微小な凹凸形状であってもよい。凹凸部４３６を設けることにより、撮像基板４３２の背面と接着剤５００との接触面積を増やすことができ、接着強度をより高めることができる。
なお、同様の凹凸部を枠部材４３５の後端面に設けて、枠部材４３５とシフトホルダ４２０の接着強度をより高めてもよい。
【実施例3】
【0015】
図９を用いて、本発明の実施例３としての撮像素子４３０とシフトホルダ４２０の接着固定方法について説明する。図９は、図４と同様にシフトホルダ４２０および撮像素子４３０の断面を示している。
本実施例では、撮像基板４３２の背面のうち接着剤５００が接触する領域に金属部４３７を設けている。具体的には、撮像基板４３２背面に接着用の銅箔パターンを設けている。銅箔パターンの形状はどのような形状でもよく、例えばベタ形状であってもおいし、パッド形状であってもよい。接着剤５００として嫌気性の接着剤を使用する場合は、撮像基板４３２の材料であるガラスエポキシよりも活性材料である銅の方が重合反応が促進されるため、接着強度をより高めることができる。
本実施例では、撮像基板４３２の背面のうち接着剤５００が接触する領域に金属部４３７を設けている。具体的には、撮像基板４３２背面に接着用の銅箔パターンを設けている。銅箔パターンの形状はどのような形状でもよく、例えばベタ形状であってもおいし、パッド形状であってもよい。接着剤５００として嫌気性の接着剤を使用する場合は、撮像基板４３２の材料であるガラスエポキシよりも活性材料である銅の方が重合反応が促進されるため、接着強度をより高めることができる。
【実施例4】
【0016】
図１０を用いて、本発明の実施例４としての撮像素子４３０とシフトホルダ４２０の接着固定方法について説明する。図１０は、図４と同様にシフトホルダ４２０および撮像素子４３０の断面を示している。
本実施例では、シフトホルダ４２０の開口部４２１における左辺と右辺の内面、すなわち接着剤５００が塗布される面を、撮像素子側とは反対の後側に向かって開口サイズが広がるように開口部４２１の開口方向（Ｚ方向）に対して傾いたテーパ面４２２とする。これにより、Ｚ方向における接着剤５００の最大厚みがシフトホルダ４２０の厚みより大きくなり、図４に示すように開口部４２１における左辺と右辺の内面がＺ方向に平行である場合に比べて接着強度が高くなる。
また、シフトホルダ４２０と撮像素子４３０とが引き剥がされる方向に力が加わった場合に、テーパ面４２２上の接着剤５００によって撮像素子４３０とシフトホルダ４２０との剥がれが制限されるため、接着強度はより高くなる。さらに本実施例のテーパ面４２２を実施例２の凹凸部や実施例３の金属部と組み合わせることで、接着強度をより高くすることができる。
以上説明した実施例２～４においても、パッケージレス構造の撮像素子４３０とシフトホルダ４２０との十分な接着保持強度を確保しつつ、温度変化による撮像素子４３０のピント方向での変形を抑制することができる。
なお、実施例１～４の撮像ユニット４００では、シフトホルダ４２０が３か所においてボール４９０により光軸方向にて支持されており、シフトホルダ４２０がＸ方向およびＹ方向にシフトしたりＺ軸回りにロールしたりすることで像振れを低減する防振動作を可能としている。
しかし、このような防振動作を行わない撮像ユニットにおいても、実施例１～４にて説明した撮像素子の保持部材に対する接着固定方法を採用することが可能である。この場合、保持部材を図３や図５に示した支持位置に設定し、ボールの替わりにビスを用いて保持部材をカメラの本体ベースに直接固定してもよい。
また上記各実施例では、撮像ユニットを搭載した撮像装置としてのレンズ交換型カメラについて説明したが、撮像装置には、レンズ一体型のコンパクトカメラや、スマートフォン等の携帯端末であって撮像ユニットを搭載したものも含まれる。
以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。
本実施例では、シフトホルダ４２０の開口部４２１における左辺と右辺の内面、すなわち接着剤５００が塗布される面を、撮像素子側とは反対の後側に向かって開口サイズが広がるように開口部４２１の開口方向（Ｚ方向）に対して傾いたテーパ面４２２とする。これにより、Ｚ方向における接着剤５００の最大厚みがシフトホルダ４２０の厚みより大きくなり、図４に示すように開口部４２１における左辺と右辺の内面がＺ方向に平行である場合に比べて接着強度が高くなる。
また、シフトホルダ４２０と撮像素子４３０とが引き剥がされる方向に力が加わった場合に、テーパ面４２２上の接着剤５００によって撮像素子４３０とシフトホルダ４２０との剥がれが制限されるため、接着強度はより高くなる。さらに本実施例のテーパ面４２２を実施例２の凹凸部や実施例３の金属部と組み合わせることで、接着強度をより高くすることができる。
以上説明した実施例２～４においても、パッケージレス構造の撮像素子４３０とシフトホルダ４２０との十分な接着保持強度を確保しつつ、温度変化による撮像素子４３０のピント方向での変形を抑制することができる。
なお、実施例１～４の撮像ユニット４００では、シフトホルダ４２０が３か所においてボール４９０により光軸方向にて支持されており、シフトホルダ４２０がＸ方向およびＹ方向にシフトしたりＺ軸回りにロールしたりすることで像振れを低減する防振動作を可能としている。
しかし、このような防振動作を行わない撮像ユニットにおいても、実施例１～４にて説明した撮像素子の保持部材に対する接着固定方法を採用することが可能である。この場合、保持部材を図３や図５に示した支持位置に設定し、ボールの替わりにビスを用いて保持部材をカメラの本体ベースに直接固定してもよい。
また上記各実施例では、撮像ユニットを搭載した撮像装置としてのレンズ交換型カメラについて説明したが、撮像装置には、レンズ一体型のコンパクトカメラや、スマートフォン等の携帯端末であって撮像ユニットを搭載したものも含まれる。
以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。
【符号の説明】
【0017】
１００ カメラ
４００ 撮像ユニット
４２０ シフトホルダ
４３０ 撮像素子
４３１ センサチップ
４３２ 撮像基板
５００ 接着剤
４００ 撮像ユニット
４２０ シフトホルダ
４３０ 撮像素子
４３１ センサチップ
４３２ 撮像基板
５００ 接着剤
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
